DE1915787A1 - Temperaturwechselbestaendiger feuerfester Formkoerper auf der Basis von Aluminiumtitanat und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Temperaturwechselbeständiger feuerfester Formkörper auf der Basis von Aluminiumtitanat und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen feuerfesten, temperaturwechselbeständigen Formkörper auf der Basis von Aiuminiumtitanat und ein Verfahren zur Herstellung desselben, bei dem aus einer Ausgangsmasse die Formkörper geformt und dann die Formkörper getrocknet und gebrannt werden.
• Die Erfindung ist für die Herstellung von dichten bis hochporösen Formkörpern nach einem beliebigen keramischen Herstellungsverfahren geeignet, also sowohl von chemisch-technischem Steinzeug als auch von feuerfesten Steinen und Isoliersteinen.
• Es ist bekannt, daß Aluminiumtitanat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweist. Dieser niedrige WärmeauBdehnungskoeffizient geht zuUck auf eine sehr hohe Wärmedehnung in der kristallographischen a- und b-Richtung des rhombischen Kristallgitters und in einer negativen Wärmedehnung in der c-Richtun.
• Diese hohe Wärmeausdehnungsanisotropie bringt es mit sich, daß die Wärmedehnung des Körpers im Durchschnitt sehr gering ist. Diese geringe Wärmedehnung muß aber durch hohe innere Spannungen erkauft werden, welche die Festigkeit solcher Formkörper so stark beeinträchtigen, daß man reine Aluminiumtitanatkörper bisher nicht herstellen konnte.
• Es ist bereits bekannt, zu Aluminiumtitanat Zusätze beizugeben, welche aber nur einen graduellen Erfolg erbrachten und darüberhinaus die Feuerfestigkeit des gewonnenen Materials wesentlich verschlechterten.
• Siliziumdioxid enthaltende Aluminiumtitanat-Massen sind ebenfalls bereits bekannt (Schweizer Patentschrift 309 125, US-atentschrift 2 776 896 und DAS 1 238 376), wobei der Siliziumdioxidanteil besonders durch die Zugabe von Ton oder Kaolin in die Masse gelangt.
• Obwohl solche Zusätze von Ton und silikatischen Massen bisher bereits gewisse Erfolge erbrachten, waren sie nicht brauchbar für Massen mit hohem Alumininmtitanatgehalt.
• Außerdem litt die Feuerfestigkeit des fertigen Xorskörpers.
• Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Rerstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen Formkörpern auf der Basis von Aluminiumtita,nat zu scha£-fen, welche einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine so hohe Festigkeit besitzen, daß man sie bis zu Temperaturen von 16500 a als feuerfeste temp?raturwechselbeständige Formkörper verwenden kann.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein stöchiometrisches Gemisch aus einem Mol Aluminiumoxid und einem Mol Titandioxid mit 5 bis 30 Gew.%, vorzugsweise mit 10 bis 20 Gew.% Zirkonsilikat, in möglichst feiner Körnung gemischt und zu den Formkörpern gepreßt wird, die nach dem Ublichen Trocknen in an sich bekannter Weise bei 1400 bis 1550 0 C gebrannt werden.
• Selbstverständlich kann teilweise oder ganz anstelle der Mischung von Al203 und TiO2 zuvor hergestelltes Aluminiumtitanat eingesetzt werden, doh verliert man dabei den Vorteil der billigen Ausgangsrohstoffe und der insgesamt einfacheren Heretellungsmethode.
• Man verläßt den R6hsen der Erfindung auch nicht, wenn entweder A1203 oder Ti02 in einer etwas größeren Menge vorliegen, als dem stöchiometrischen Verhältnis von Aluminiumtitanat entspricht.
• Auch kleine Verunreinigungen und Zusätze bis 2 % von Oxiden wie Erdalkali-, Alkali-, Eisenoxid etc. stören nicht; sie können die Versinterung bei dichten Körpern sogar noch begünstigen.
• Um die Hochtempe raturfestigkeit zu verbessern, empfiehlt es sich, grobkörnige (0,2 - 3 mm) Zusätze, wie Mullitschamotte, Sillimanit, Korund und Zirkonsilikat zuzusetzen, wodurch sich allerdings die Wärmeausdehnung und damit die Temperaturwechselbeständigkeit entsprechend der zugesetzten Menge graduell vergrößert.
• Das Erfindungsprinzip läßt sich auch zur Herstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen porösen Formkörpern auf der Basis von Aluminiumtitanat anwenden, wobei das Verfahren dann beispielsweise so geflilirt wird, dass in das Gemisch aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Zirkonsilikat au.sbrennbare Substanzen, wie Holz oder Kohlenstaub zugesetzt werden.
• Man kann auch einen Schlicker aus einem Gemisch aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Zirkonsilikat in bekannter Weise schäumen und den aufgeschäumten Schlicker zu Formkörpern formen, die nach dem üblichen Trocknen in an sich bekannter Weise bei 1400 bis 1550 ° C gebrannt werden.
• Vorzugsweise liegt die Körnung in der Grössenordnung von ( 60>i und bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens setzt man die Feinkörnigkeit bis auf < IOju herab.
• Das Brennen kann absat2weise oder kontinuierlich erfolgen.
• Die angegebenen Werte für die Brenntemperatur zeigen, dass bei verhältnismässig niedriger Temperatur feuerieste Körper mit geringer Wärmedehnung auf A1uminiumtitanh,tbasis gemäß dem Verfahren nach der Erfindung herstellbar sind.
• Bisher mußte das Aluminiumtitanat in einem Vorbrand bei emperaturen oberhalb von 16500 0 zuerst hergestellt und dann nach Zerkleinerung und BOmengung eines Bindemittels in einem zweiten Brand eum Formkörper verarbeitet werden, während beim erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise ein einziger Brand bei ca. 1400 bis 1550° C genügt, der Brand also in einem Ofen durchgeführt werden kann, wie er zur Herstellung üblicher feuerfester Produkte dient.
• Untersuchungen an den nach dem erfindungsgemäßen VerEahren hergestellten Körpern zeigen, daß diese bis ca. 5000' o eine Wärmedehnung aufweisen, die zwischen 0 und feiner des Quarz glases liegt.
• Bei steigenden Temperaturen nimmt die Wärmedehnung etwas zu, so daß sich bei ca. 10000 C ein WErmeausdehnungskoeffizient von 1,5 bis 2,5 x 10-6 ergibt.
• Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß schon bei sehr niedriger Brenntemperatur ein sehr großer Anteil an Aluminiumtitanat entstanden ist, daß aber durch die Art der Herstellung und insbesondere durch die Anwesenheit des Zirkonsilikats die ungünstige Wirkung der Wärmeausdehnungsanisotropie wesentlich gemildert wird, so daß Kaltbiegefestigkeitswerte von 100 - 300 kp/cm2 erreichbar sind.
• Die besondere Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Formkörper bringt es offenbar auch mit sich, daß die hiegefestigkeit mit zunehmender temperatur nicht nur nicht absinkt, sondern bis wenigstens 15000 C sogar zunimmt.
• Beispiel: Ein Gemisch aus 15 % Zirkonsilikat, 48 %o@-Tonerde und 37 % Rutil (TiO2) mit einer Körnung<60 u wird innig gemischt und mit einem verdünnten organischen Plastifizierungsmittel in solcher Menge versetzt, daß noch eine Trockenpressung möglich ist. Der Preßdruck liegt bei c'a. 400 kp/cm2.
• Es wurden plattenförmige Körper hergestellt, die nach dem Pressen getrocknet und in einem Tunnelofen bei SK 16 gebrannt wurden. Die,erhaltenen Körper hatten folgende Eigenschaften: Offene Porosität 20% Biegefestigkeit bei 20°C 105 kg/cm2 Biegefestigkeit bei 1400°C 120 kp/cm2 Wärmeausdehnungskoeffizient (20-500°C) 0,5 x 10-6 Wärmeausdehnungskoeffizient (20-1000°C) 2,4 X 10 6.
• Die Temperaturwechselbeständigkeit iat ausgezeichnet.
• Wiederholte Absohreckungen sowohl in Luft als auch in Wasser von 900°C auf die jeweilige Temperatur erbrachten weder sichtbare noch durch dynamische Messungen nachweisbare Zerstörungen.
• Das angegebene Beispiel läßt sich auch für die Herstellung von Formkörpern mit erhöhter Porosität anwenden, beispielsweise also auf die Herstellung feuerfester Isoliersteine Man kann entweder ausbrennbare Bestandteile, beispielsweise Holz oder Kohlenstaub der zu verpreenden Mischung zusetzen oder aber einen Schlicker aus den Ausgangsmaterialien herstellen, dem Schaummittel zugesetzt werden und der nach Aufschäumen durch Rühren oder Einblasen von Luft in Pormen gegossen wird. Die gegossenen Formkörper werden gehärtet, getrocknet und dann unter denselben Bedingungen gebrannt, die oben bei dem gepreßten Formkörper angegeben sind.
• - PatentanspriSche: -

Claims (4)

1. atentansprüche: 1.Temperaturwechselbeständiger, feuerfester Formkörper auf der Basis von Aluminiumtitanat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus #####% einem wenigstens annähernd stöchiometrischen Gemisch aus einem Mol Aluminiumoxid und einem Mol Titanoxid mit 5 bis 30 Gew.%, vorsugsweise 10 bis 20 Gew.% Zirkonsilikat in mogliehst feiner Körnung gepreßt und gebrannt ist.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen Formkörpern auf der Basis von Äluminiumtitanat nach Anspruch 1, bei dem aus einer Ausgangsmasse die Formkörper geformt, getrocknet und gebrannt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein stöchiometrisches Gemisch aus einem Mol Aluminiumoxid und einem Mol Titandioxid mit 5 bis 30 Gew., vorzugsweise 10 bis 20 Gew.% Zirkonsilikat, in möglichst feiner Körnung gemischt und zu den Formkörpern gepreßt wird, die nach dem üblichen Trocknen in an sich bekannter Weise bei 140000 - 15500C gebrannt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen porösen Formkörpern auf der Basis von Aluminiumtitanat, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in das Gemisch aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Zirkonsilikat ausbrennbare Substanzen, wie Holz oder Kohlenstaub, zugemischt werden.
4. 4. Verfahren nach'Anspruch 2 zur Herstellung von feuerfesten, temperaturwechselbeständigen porösen Formkörpern auf der Basis von Aluminiumtitanat, d a d u r c h g e -k e 9 n z e i c h n e t , daß in einen Schlicker aus dem Gemisch aus Aluminiumoxid, Titandioxid und Zirkonsilikat ein Schäummittel zugesetzt oder Luft eingeblasen und der aufgeschäumte Schlicker zu Pormkörpern geformt wird, die nach dem üblichen Trocknen in an sich bekannter Weise bei 1400 O a bis 1550 0 C gebrannt werden.